-
Die
Erfindung betrifft ein metallummanteltes Wechselbauteil eines Verschlusssystems
einer Stahlgießanlage.
-
Metallummantelte
Wechselbauteile werden in der Regel mehrmals, d.h. im eingebauten
Zustand für mehr
als einen Gießvorgang
verwendet und nach ihrem Verbrauch durch Abnutzung gegen ein neues
Bauteil ausgewechselt. Bekannte metallummantelte Wechselbauteile
bestehen im Wesentlichen aus einem Formkörper aus feuerfestem Material,
z.B. aus einem isostatisch gepressten Formkörper und/oder aus feuerfestem
Beton oder feuerfestem Mörtel,
der von einem Durchlaufkanal durchsetzt und außenseitig von einem relativ
dünnen
Blechmantel umgeben ist.
-
Ein
derartiges Bauteil ist z.B. der wechselbare Ausguss eines Schiebeverschlusssystems
einer Stahlgießpfanne.
Durch diesen sog. Wechselausguss fließt z.B. 60 Minuten lang flüssiger Stahl
mit einer Temperatur von etwa 1600 °C.
-
In
der Regel werden mehrere Gießpfannen
im Kreislauf betrieben, wobei eine Gießpfanne und damit auch das
Schiebeverschlusssystem zwischenzeitlich nach einem Einsatz bis
zum nächsten
Einsatz auskühlt. Die
daraus resultierenden Temperaturschwankungen führen zu Rissbildungen im Keramikmaterial
des Wechselausgusses, wobei die Risse bis zum Blechmantel aufgehen
können.
Der Blechmantel weist bei Temperaturerhöhung und Temperaturerniedrigung
ein anderes Dehn- bzw. Schwindverhalten als das feuerfeste Material
des Wechselausgussformkörpers
auf, so dass Spalten zwischen dem Formkörper und dem Blechteil entstehen.
Die Risse und die Spalten können
sich mit flüssigem
Stahl füllen,
wodurch das Blech verzundern und das keramische Material zermürbt werden kann.
Zudem kann durch die Spalten und die Risse Luftsauerstoff an die
durchfließende
Stahlschmelze gelangen, so dass die Stahlqualität beeinträchtigt werden kann. Zusätzlich tritt
höherer
Verschleiß durch
O2 (Brennerwirkung) ein.
-
Die
Verwendbarkeit beeinträchtigende
Risse im Keramikmaterial entstehen aber nicht nur durch die Temperaturschwankungen,
sondern auch beim Wechseln des Ausgusses bzw. beim Einsetzen eines
neuen Ausgusses in die Wechseleinrichtung der Schiebeverschlussvorrichtung,
wenn der Wechselausguss mit einem Bajonettverschlussring in seine
Halterung unterhalb der Schieberplatte eingespannt wird. Die Spannkräfte werden über das
Blech der Ummantelung auf den Spannbereich des Keramikformkörpers des
Wechselausgusses übertragen
und können
dort Risse erzeugen. Die Rissbildung wird insbesondere noch durch
die Temperaturdehnungen während
des Gießvorganges
durch die damit verbundene Erhöhung
der Spannungen im Einspannbereich verstärkt.
-
Insofern
halten blechummantelte Wechselausgüsse relativ wenig Gießvorgänge aus
und müssen
relativ kurzfristig mit der Wechselschiebemechanik entfernt und
durch einen neuen Ausguss ersetzt werden. Die verbrauchten Ausgüsse sind
zu entsorgen.
-
Gleichartige
Beeinträchtigungen
der Haltbarkeit bei mehrmaliger Verwendung eines Wechselbauteils bzw.
bei langen Gießsequenzen
ergeben sich auch bei blechummantelten Wechseldüsen eines Zwischenbehälters (Tundish)
eines Stahlstranggusssystems. Diese Freilauf-Wechseldüsen werden
als vorgefertigtes Bauteil geliefert und in eine Düsenwechselvorrichtung
eingebaut, beim Wechseln in den Gießkanal eingeschoben und solange
verwendet, bis sie verbraucht sind. Die Wechseldüsen werden dann mit der Düsenwechselvorrichtung
gewechselt, indem die verbrauchte gegen eine neue Wechseldüse ausgetauscht
wird. Auch die verbrauchten Wechseldüsen sind zu entsorgen.
-
Die
Blechummantelungen der Wechselbauteile bestehen aus tiefgezogenem
Blech. Anfänglich
wurden Blechstärken
von z.B. 0,8 mm Dicke verwendet. Da die Haltbarkeit derart dünner Bleche
nicht ausreichte, ist man dazu übergegangen,
dickere Bleche bis zu 2 mm Dicke zu verwenden. Dickere Bleche verteuern
aber nicht nur materialmäßig das
Tiefziehteil, sondern erhöhen
zudem den mechanischen Verformungsaufwand erheblich. Eine Wiederverwendung
nach Verbrauch des Wechselbauteils ist derzeit nicht möglich und
auch nicht beabsichtigt.
-
Aufgabe
der Erfindung ist, Wechselbauteile der eingangs beschriebenen Art
zu schaffen, bei denen die Rissbildung und Spaltenbildung zwischen
Metallmantel und feuerfestem Formkörper zumindest weitestgehend
vermindert und damit zusammenhängend
die Haltbarkeit erhöht
ist, wobei zudem nach der Auswechslung und dem Ausbau des verbrauchten
Wechselbauteils die Metallummantelung zumindest teilbereichsweise wieder
verwendbar sein soll.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Die
Erfindung sieht vor, anstelle von einem tiefgezogenen Blechmantel
einen Mantel aus Gusseisen zu verwenden, und zwar in einer Dicke
von vorzugsweise 4 bis 10 mm, insbesondere von 6 bis 8 mm. Diese Gussmäntel weisen
eine hohe Eigenfestigkeit auf und dehnen sich bei Temperaturerhöhungen in
geringerem Umfang aus als das Feuerfestmaterial des feuerfesten
Formkörpers,
so dass das feuerfeste Material sich gegen die Innenwandung des
Gusseisenmantels bei Temperaturerhöhungen abstützen und dadurch die Rissbildung
unterdrückt
werden kann. Zudem wird ausgeschlossen, dass sich Spalten zwischen
dem Metallmantel und dem feuerfesten Formkörper bilden, so dass ein luftzugdichter
Verbund zwischen Feuerfestmaterial und Gusseisenmantel aufrecht
erhalten bleibt.
-
Ein
erfindungsgemäßer Gussmantel
ist einfach herstellbar, weil das Formgebungsverfahren bekanntlich
unproblematisch ist und somit Raumformen erzeugt werden können, die
mit einem Tiefziehteil nicht oder nur sehr aufwändig herstellbar sind.
-
Bei
mit einem Bajonettring verspannten Wechselausgüssen kann der Gusseisenmantel
die Verspannkräfte
aufnehmen, ohne dass schädigende
Verformungen des Gusseisenmantels auftreten, so dass die Verspannkräfte nicht
auf den feuerfesten Formkörper
einwirken können.
-
Der
besondere Vorteil der Verwendung gusseiserner Ummantelungen liegt
aber auch darin begründet, dass
die erfindungsgemäßen Wechselbauteile
mehr Gießungen überstehen
als blechummantelte Bauteile und außerdem der Gusseisenmantel
nach dem Auswechseln wieder verwendbar ist. Dafür wird das verbrauchte Feuerfestmaterial
aus dem Innern entfernt und der Gusseisenmantel mit neuem Feuerfestmaterial
bzw. einem neuen Feuerfestkörper
ausgerüstet.
Diese Art Recycling kann z.B. beim ursprünglichen Hersteller und/oder Lieferanten
des Wechselbauteils erfolgen, so dass das Stahlwerk insoweit von
einer Montagearbeit entlastet ist und das Feuerfestprodukt vom Hersteller
fachmännisch
und präzise
mit entsprechender Garantieleistung ausgeführt werden kann.
-
Nach
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung ist ein erfindungsgemäßer Wechselausgussmantel aus
mindestens zwei, insbesondere aus drei Ringen zusammengesetzt. Diese
Variante des Gusseisenmantels ermöglicht eine noch häufigere
Wiederverwendung von unverbrauchten bzw. unbeschädigten Ringen, indem lediglich
die Ringe aussortiert werden, die durch zu häufigen Gebrauch unbrauchbar
geworden sind. Dabei handelt es sich meist um den unteren auslaufseitigen
Ring.
-
Gussbauteile
in der Pfannenschiebermechanik sind als Vorläufer der Wechselschiebermechanik
bekannt. Es handelte sich um schwere, kompliziert geformte einteilige
Plattenaufnahmen, in die sowohl eine vorgefertigte Schieberplatte
als auch ein vorgefertigter Ausgussformkörper aus feuerfestem Material
eingemörtelt waren.
Die Handhabung derartiger Schiebermechaniken bei der Erneuerung
der keramischen Formkörper nach
deren Verbrauch war umständlich
und arbeitsintensiv und musste im Stahlwerk durchgeführt werden. Wegen
dieser Nachteile wurden die blechummantelten Wechselbauteile entwickelt
und fast ausschließlich
verwendet.
-
Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung im Folgenden beispielhaft näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 einen
Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wechselausgusses;
-
2 einen
Längsschnitt
durch eine andere Raumform eines Gusseisenmantels für einen
erfindungsgemäßen Wechselausguss;
-
3 einen
Längsschnitt
durch eine weitere Raumform eines Gussmantels für einen erfindungsgemäßen Wechselausguss;
-
4 einen
Längsschnitt
durch eine dreigeteilte Raumform eines erfindungsgemäßen Gusseisenmantels
für einen
erfindungsgemäßen Wechselausguss;
-
5 einen
Längsschnitt
durch Teile einer Schiebermechanik mit einer erfindungsgemäßen Wechseldüseneinheit;
-
6 eine
Draufsicht auf die erfindungsgemäße Wechseldüseneinheit
nach 5;
-
7 einen
Längsschnitt
durch eine andere Raumform eines erfindungsgemäßen Gusseisenmantels für eine erfindungsgemäße Wechseldüseneinheit;
-
8 eine
Draufsicht auf den Gusseisenmantel nach 7.
-
Ein
erfindungsgemäßes als
Wechselausguss ausgebildetes Wechselbauteil weist ein Mantelrohr 1 aus
Gusseisen mit einer Mantelwandung 2, einer oberen Öffnung 3 und
einer unteren Öffnung 4 auf.
Als Material für
das Mantelrohr 1 wird vorzugsweise schwar zer Temperguss
verwendet, der eine hohe Festigkeit gewährleistet. Die Wanddicke der
Mantelwandung 2 beträgt
vorzugsweise 4 bis 10 mm, insbesondere 6 bis 8 mm. Die Querschnittsform
des Mantelrohres 1 ist vorzugsweise kreisringförmig. Ein
solches Mantelrohr hat beispielsweise eine Länge von 200 bis 260 mm und
einen Durchmesser von 160 bis 190 mm.
-
Im
Mantelrohr 1 steckt ein ebenfalls rohrförmiges keramisches Formteil 5 aus
einem feuerfesten keramischen Material, das zentral einen vorzugsweise
zylindrischen Gießkanal 6 mit
einer oberen Einlasskanalöffnung 7 und
einer unteren Auslasskanalöffnung 8 aufweist.
-
Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung besteht das feuerfeste keramische Material aus einem sog.
Feuerbeton, der vorzugsweise die folgenden Zusammensetzungsbereiche
aufweist:
Sofern das keramische Formteil
5 mehrmals
verwendet werden soll, ist es wie folgt zusammengesetzt (Angaben
in Massenprozenten)
-
Für den einmaligen
Einsatz hat das Formteil
5 die folgende Zusammensetzung
-
Der
Formkörper 5 aus
Feuerbeton wird zweckmäßigerweise
in das Mantelrohr 1 eingebracht, indem zunächst ein
dünnwandiges
Stützrohr
z.B, aus Pappe oder Kunststoff mit den Abmessungen des Gießkanals 6 zentral
im Mantelrohr 1 positioniert und gehaltert wird. Danach
wird der unten abgeschlossene Ringraum zwischen Stützrohr und
Mantelrohr 1 mit Frisch-Feuerbeton ausgegossen. Nach der
Erhärtung
des Betons kann das Stützrohr
entfernt werden oder es verbleibt bis zum ersten Gebrauch des Wechselausgusses
und verbrennt durch die Einwirkung des flüssigen Stahls beim Gießvorgang.
-
Die
Oberfläche
des Mantelrohres 1 ist relativ rauh, so dass der Feuerbeton
nach der Erhärtung
an der Innenfläche
des Mantelrohres 1 nicht nur gut haftet, sondern sich auch
in kleinen Oberflächenvertiefungen
verankert.
-
Eine
weitere zweckmäßige Herstellung
des erfindungsgemäßen Wechselausgusses
sieht vor, ein vorgefertigtes keramisches Formteil aus z.B. den
oben genannten Feuerbetonen in das Mantelrohr 1 einzusetzen und
mit vorzugsweise einem feuerfesten Mörtel mit dem Mantelrohr 1 zu
vermörteln.
-
Ein
erfindungsgemäßes Wechselausgussmantelrohr 1 weist
außenseitig
radial bzw. nach außen
von der Mantelwandung 2 abstehende Lagerelemente 9 zur
Halterung des Mantelrohrs 1 in einer Halterungsvorrichtung
(nicht dargestellt) des Schiebeverschlusssystems auf. Vorzugsweise
ist das Lagerelement 9 ein Flanschring 10, der
zweckmäßigerweise
im Bereich der oberen Öffnung 3 mit
einer unteren Lagerkante 11 angeordnet ist. Diese Lagerkante 11 ruht
nach dem Einbau des Wechselausgusses z.B. auf einer Oberkante eines Bajonettverschlussrings
(nicht dargestellt), der das Mantelrohr 1 in der Haltevorrichtung
in an sich bekannter Weise verspannt.
-
Erfindungsgemäße Mantelrohre 1 können auf
Anforderung in unterschiedlichen Raumformen auf einfache Weise nach üblichem
Gießverfahren
hergestellt werden, was bei tiefgezogenen Blechmänteln nur mit erheblichem Aufwand
oder teilweise gar nicht möglich
ist.
-
1 zeigt
z.B. einen erfindungsgemäßen Wechselausguss,
dessen Mantelrohr 1 den Flanschring 10 mit der
Lagerstufe 11 aufweist, an die sich nach unten ein kreiszylindrischer
Verspannungsbereich mit einer zylindrischen Verspannfläche 12 anschließt, der
in einen kegelstumpfzylinderförmigen
Rohrteilbereich übergeht.
-
In 2 ist
ein erfindungsgemäßes Mantelrohr 1 dargestellt,
das kreiszylindrisch ausgebildet ist.
-
Die
in 3 abgebildete Variante eines erfindungsgemäßen Mantelrohrs 1 für einen
erfindungsgemäßen Wechselausguss
ist im oberen Bereich kreiszylindrisch und im mittleren Bereich
kegelstumpfzylindrisch und in einem unteren Bereich kalottenzylindrisch
ausgeformt. Als Lagerelemente 9 und Verspannmittel sind radial
nach außen
vorspringende Verspannzapfen 13 auf der Außenfläche 14 der
Mantelwandung 2 des Mantelrohrs 1 einstückig angeformt.
-
Eine
besondere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, das Mantelrohr 1 aus mindestens
zwei, vorzugsweise drei Mantelrohrringen 15, 16, 17 (4)
zusammenzusetzen. Diese Variante der Erfindung beruht auf der Erkenntnis,
dass die höchste
Verschleissbelastung bzw. die größte Abnutzung
eines Wechselausgusses im unteren Bereich der Feuerfestauskleidung 5 erfolgt,
wobei dort auch die Abnutzung des Mantelrohrmaterials beginnt. Die
Aufteilung in mehrere Mantelrohrringe ermöglicht eine sehr hohe Anzahl
der Wiederverwendung der oberen Ringe, während der jeweils untere Ring
schon nach einer relativ kürzeren
Periode wegen Verschleisses ausgetauscht werden muss.
-
4 zeigt
eine zweckmäßige Ausgestaltung
mit drei aufeinander gesetzten Mantelrohrringen 15, 16, 17.
Dabei weist z.B. der obere Ring 15 die Lagerelemente 9,
z.B. den Flanschring 10 auf. Der mittlere Ring 16 ist
kreiszylindrisch, während
der untere Ring 17 kegelstumpfzylindrisch ist. Die Ringe 15, 16, 17 weisen
zweckmäßigerweise
eine seitliche Versetzung und das Ausfließen von Frischmörtel- oder
Frischfeuerbetonmilch beim Einbringen von Feuerfestmaterial in den
Innenraum des Mantelrohres 1 behindernde Abstützmittel 18 an ihren
sich gegenüber
liegenden Ringkanten, z.B. in Form von Ringstegen 19, 20; 21, 22,
auf. Dabei übergreift zweckmäßigerweise
der einen größeren Durchmesser
aufweisende Ringsteg 19 des Ringes 15 den einen
kleineren Durchmesser aufweisenden Ringsteg 20 des Ringes 16 formschlüssig, während der
Ringsteg 22 des Rings 16 einen größeren Durchmesser
als der Ringsteg 21 des unteren Ringes 17 aufweist
und letzteren formschlüssig übergreift.
-
Die
Abstützmittel 18 können aber
auch nach dem Nut-Feder-Prinzip ausgeformt sein, wobei an der Ringkante
des einen Ringes die Federausbildung und an der gegenüber liegenden
Kante des anderen Ringes die Nutausbildung ausgeformt sind. Die
Ringe werden erfindungsgemäß nach dem
Einbringen des Feuerfestbetons durch die Verkittung mit dem einteiligen
erhärteten
Feuerbetonformkörper
oder dem feuerfesten Mörtel, mit
dem ein vorgefertigter Feuerfest-Formkörper in das Mantelrohr 1 eingemörtelt ist,
zusammengehalten, so dass der Wechselausguss handhabbar ist, ohne
dass die Ringe sich vom Feuerfestkörper lösen.
-
Insbesondere
können
die Abstützmittel 18 auch
z.B. sich hintergreifende Rastmittel und/oder kraftschlüssige Mittel
sein, die die Ringe gegen ein Auseinanderziehen verrasten. Die Rastmittel
und/oder kraftschlüssigen
Mittel (nicht dargestellt) können
zweckmäßigerweise
auch mit den formschlüssigen
Abstützmitteln 18 kombiniert
sein.
-
Erfindungsgemäße Wechseldüsen 23 (5 bis 8)
weisen z.B. ein viereckiges Mantelrohr 25 aus Gusseisen
mit einer Mantelrohrwandung 24, einer oberen Öffnung 26 und
einer unteren Öffnung 27 auf.
Außenseitig
ist im oberen Bereich als Lagerelement 28 ein Lagerflansch 29 einteilig,
z.B. an zwei sich gegenüber liegenden
Wandungen 24a, 24b angeformt.
-
Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung ist im Innenraum des Mantelrohres 25 zentral
ein vorgefertigter zylindrischer, vorzugsweise kegelstumpfzylindrischer
Düsenkörper 30 aus
feuerfestem Material, z.B. aus Feuerbeton, eingebracht, der eine
Düsenwandung 31 und
einen Düsendurchgangskanal 32 mit
einem Einlauftrichterbereich 33 aufweist. Zwischen dem
Düsenkörper 30 und
dem Mantelrohr 24 befindet sich Feuerfestmörtel bzw.
Feuerfestbeton 34, der den Düsenkörper 30 im Mantelrohr 25 haltert.
-
Die
Wechseldüsen
haben Abmessungen von z.B. 70 bis 100 mm Breite und 70 bis 80 mm
Höhe. Die Dicke
der Mantelrohrwandung 24 beträgt vorzugsweise 8 bis 12 mm,
insbesondere 9 bis 11 mm.
-
Vorzugsweise
besteht das Mantelrohr 25 aus weißem Temperguss, der weicher
ist als der schwarze Hartguss. Der relativ weiche Temperguss erleichtert
die Bearbeitung des Mantelrohres 25 nach dem Einbringen
des Feuerfestmaterials beim Planschleifen der oberen und unteren
Wechseldüsenfläche. Dieses
Planschleifen ist erforderlich, um die geforderte Maßhaltigkeit
der Wechseldüsen
zu gewährleisten.
Die Wechseldüsen
werden in jedem Fall nach ihrer Fertigstellung plangeschliffen,
was zweckmäßigerweise
im Herstellerwerk erfolgt. Die Wechseldüsen werden somit dem Stahlwerk "ready for use" geliefert. Der Schleifaufwand
bei den erfindungsgemäßen Wechseldüsen ist
relativ gering.
-
Verbrauchte
ausgewechselte Wechseldüsen
können
dem Herstellerwerk zurückgegeben
werden. Die Reste der feuerfesten Innenauskleidung werden dort entfernt
und das Mantelrohr 25 wieder befällt und an das Stahlwerk zurückgesandt,
so dass das Mantelrohr mehrmals im Kreislauf verwendet werden kann.
-
5 zeigt
eine erfindungsgemäße Wechseldüse im eingebauten
Zustand in einer Schiebe-Wechselmechanik 35 unterhalb der
in der oberen Düsenlochplatte 37 eingelassenen
oberen Düse 36.
Dabei lagert der Lagerflansch 29 in einer entsprechenden
Ausnehmung 38 der Schiebewechselmechanik 35.
-
Die 7 und 8 zeigen
eine zweckmäßige, abgewandelte
im Querschnitt viereckige Raumform eines erfindungsgemäßen Mantelrohres 25 für eine erfindungsgemäße Wechseldüse. Unterhalb
des von den sich gegenüberliegenden
Wandungen 24a, 24b gebildeten Lagerflanschtrichters 29a laufen
zumindest zwei sich gegenüber
liegende Mantelrohrwandungen 24a, 24b konisch
zur unteren Öffnung 27 hin
aufeinander zu, so dass der feuerfeste Formkörper nach unten hin von den
konisch verlaufenden Wandungen 24a, 24b abgestützt wird.
